基于工程實際的化工類全周期實踐教學體系建設(shè)

任新鋼 蘇海佳 張婷

摘 要：實踐教學是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生掌握科學方法與實踐技能、造就卓越工程人才的關(guān)鍵步驟。作為一所行業(yè)特色院校，北京化工大學主動適應國家和行業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，依托學校辦學定位，深度剖析培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人的根本問題，將真實工程體驗和創(chuàng)新思維貫穿于人才培養(yǎng)的全過程，不斷推進本科實踐教學改革，構(gòu)建了基于工程實際的化工類全周期實踐教學體系，旨在培養(yǎng)具有實踐能力、工程能力和創(chuàng)新能力的卓越工程人才，更好地為國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟社會發(fā)展提供智力支撐。

關(guān)鍵詞：大化工;全周期;實踐教學體系;真實工程體驗

石油和化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的能源原材料產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)?！?019年中國石油和化學行業(yè)經(jīng)濟運行報告》顯示，2019年全年行業(yè)主營業(yè)務收入達12.27萬億元，利潤總額6683.7億元，行業(yè)經(jīng)濟運行穩(wěn)中有進。行業(yè)的發(fā)展需要充足的人才儲備，據(jù)2018年行業(yè)人才需求調(diào)研分析，未來三年技術(shù)人才是行業(yè)企業(yè)人才需求的主體，且高技能人才的需求比例達到31%，而當前石化企業(yè)生產(chǎn)人員中高技能人才的比例僅為21.2%[1]，將近10%的人才缺口需要行業(yè)院校填補。作為一所行業(yè)特色院校，北京化工大學肩負著為化工行業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次創(chuàng)新人才的使命，深入落實創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的五大發(fā)展理念，致力于為行業(yè)發(fā)展提供人才支撐和智力保障，助力我國由石油和化學工業(yè)大國向石油和化學工業(yè)強國的跨越。

實踐教學是化工類人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。但是由于化工類企業(yè)與產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程復雜、反應條件嚴格，以及近年來多起化工廠爆炸事件的發(fā)生，化工類專業(yè)學生的實踐教學存在“脫離現(xiàn)場”“只能觀看不能操作”“實踐教學離散化”“缺少優(yōu)化設(shè)計和運營管理”等弊端，傳統(tǒng)的深入生產(chǎn)一線開展實習實踐往往“走馬觀花”“只見樹木不見森林”，學生參與度低，導致剛剛走出校門的畢業(yè)生難以適應企業(yè)的現(xiàn)實大生產(chǎn)。為了解決人才培養(yǎng)供給側(cè)和產(chǎn)業(yè)需求側(cè)“兩張皮”問題，北京化工大學始終堅持“將真實世界的體驗和創(chuàng)新思維融入人才培養(yǎng)的全過程”，積極開展實踐教學改革，構(gòu)建了基于工程實際的全周期多環(huán)境實踐教學體系，形成了具有“大化工”特色的實踐教學理念，搭建了“三中心、三層次、三融合”的實踐教學平臺，同時依托平臺建設(shè)進行了實踐教學課程體系的改革與完善，取得了較好的實踐效果。

一、形成基于工程實際的全周期實踐教學理念

針對實踐教學脫離工程實際的問題，以提升學生解決復雜工程問題能力為目標，以培養(yǎng)學生創(chuàng)造思維為導向，將真實的工程體驗與創(chuàng)新思維融入實踐教學全過程，形成了基于工程實際的全周期實踐教學理念。注重實踐教學體系的系統(tǒng)性和完整性，基于“大工程觀”，深化學科交叉、校企協(xié)作和科教融合，搭建“三中心、三層次、三融合”的全周期多環(huán)境實踐教學平臺。與之對應構(gòu)建四年不斷線的螺旋遞進式實踐教學課程體系與質(zhì)量評價體系，基礎(chǔ)實驗課程強化學生的理化實踐技能，專業(yè)實驗課程和實習實訓課程注重實際工程案例的引入，大力推進案例式、項目式教學。依托平臺的師資優(yōu)勢和硬件優(yōu)勢，新增創(chuàng)新開放類課程，為各類學科競賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃以及科研鍛煉提供實驗空間與實驗資源，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和團隊合作精神。組建具備工程背景的實踐教師隊伍，在真實的工程環(huán)境中引導學生認識工程、體驗工程、參與工程，提升實踐教學水平和卓越工程人才培養(yǎng)能力。

二、將真實的化工廠引入校園，建立化工產(chǎn)品全周期校內(nèi)實訓基地

針對實踐教學多數(shù)“只能看不能操作，缺少優(yōu)化設(shè)計和運營管理”的問題，圍繞工程教育強調(diào)的“知行結(jié)合”，充分發(fā)揮學校流程行業(yè)的特色優(yōu)勢，基于實際企業(yè)運行模式，將丙烯酸甲酯真實化工廠引入校園，建成全生命周期校內(nèi)工程實訓基地，通過真實或仿真的環(huán)境，開展各種崗位技能和工程素質(zhì)訓練，實現(xiàn)了從構(gòu)思、設(shè)計、制造到運營的全流程工程體驗[2]，使學生不出校門即可感受真實化工廠的工程環(huán)境和人文環(huán)境。

基于虛擬仿真技術(shù)的年產(chǎn)30萬噸丙烯酸甲酯智能仿真工廠，包含了酯化反應、丙烯酸分離回收、甲醇分離回收和丙烯酸甲酯分離精制等多種典型工藝。除物料虛擬外，反應器、精餾塔、換熱器、管路分布均模擬真實工業(yè)現(xiàn)場，儀表和閥門還能模擬真實工業(yè)現(xiàn)場測量、變送以及故障診斷，學生可深度參與設(shè)備調(diào)控、工藝優(yōu)化、生產(chǎn)控制、模擬預警、緊急停車、內(nèi)外操配合等化工生產(chǎn)全過程。同時，依托現(xiàn)代信息技術(shù)，將抽象難懂的反應及工藝制作成簡單易懂的動畫，學生通過掃描裝置二維碼，即可實現(xiàn)自主學習?；刈?015年投入使用以來，承接了我校二十余個專業(yè)的實習實踐活動，年均開設(shè)課程22門，涵蓋認識實習、生產(chǎn)實習、管路設(shè)計、化工安全仿真等，有效緩解了學院及專業(yè)實習實訓的壓力，受到我校上萬名師生的熱烈響應，90%以上的師生認可這種新的生產(chǎn)實習模式[3]，充分調(diào)動了學生參與實踐的積極性和主動性。尤其是2020年新冠肺炎疫情期間，依托學校在線教育綜合平臺，以授課視頻和線上仿真相結(jié)合的手段開設(shè)了“全生命周期校內(nèi)實訓基地導論課”，內(nèi)容涉及行業(yè)發(fā)展與人才需求、工藝流程與設(shè)備介紹、HSE管理體系介紹等，累計4個學時。本門課程既可以作為工科類學生實習實訓的先導課，也可以作為非工科學生認識化工、了解工藝流程的通識課，給因疫情影響無法外出實習的學生帶來了“及時雨”，來自化工、材料、機電、信息、生命、經(jīng)管等學院累計16個專業(yè)的880余名學生進行了課程學習，課程訪問數(shù)將近10 000人次。

此外，該基地也為我校教師進行實踐教學改革提供了平臺支持。出版實習指導書2本，學?；W院劉偉老師開設(shè)的“丙烯酸甲酯認識實習”課程作為北京市卓越工程師教育聯(lián)盟實踐共享課程對聯(lián)盟高校學生開放。

依托該基地，將現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學深度融合，拓寬智能仿真工廠實驗教學的廣度與深度，延伸實驗教學的時間與空間，“丙烯酸甲酯全流程生產(chǎn)仿真實習”項目獲批2018年度國家虛擬仿真實驗教學項目，“罐區(qū)作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)”項目獲批2019年北京市虛擬仿真實驗教學項目，兩個項目均已面向高校和社會開放，疫情期間的實驗人數(shù)累計500余人次。

三、建立基于工程實際的多環(huán)境實踐教學平臺

針對“實踐教學離散化”的問題，以“學科交叉、開放共享、科教融合”為原則，推進高校與科研院所、相關(guān)行業(yè)企業(yè)全流程協(xié)同育人，學校搭建了“三中心、三層次、三融合”的多環(huán)境實踐教學體系，強化學生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力。

1.“三中心”基礎(chǔ)實驗教學平臺

以提升實驗技能、強化化工單元操作為目標，依托學校大化工專業(yè)特色和學科優(yōu)勢，積極開展各級實驗中心建設(shè)，不斷優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，豐富實驗內(nèi)容，強化教學效果，夯實實踐教學基礎(chǔ)。逐步建成包括11個校級實驗教學中心、7個北京市級實驗教學示范中心、2個國家級實驗教學示范中心在內(nèi)的“三中心”校內(nèi)基礎(chǔ)實驗教學平臺體系，為培養(yǎng)學生基礎(chǔ)實驗技能和專業(yè)實驗技能提供保障。各基礎(chǔ)實驗教學平臺不僅承擔了既有的教學內(nèi)容，同時作為各類學科競賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃以及科研鍛煉的創(chuàng)新平臺，為學生提供實驗指導及實驗空間。例如化學教學北京市級實驗教學示范中心承擔的各類化學實驗教學任務年均38萬人時，且每年指導并承辦北京市大學生化學實驗競賽，推進首都高?；瘜W實驗教學改革與質(zhì)量提升。在2019年北京市大學生化學實驗競賽中，我校代表隊獲特等獎2項，一等獎7項，總體成績在首都參賽高校中名列前茅。

2.“三層次”校內(nèi)實訓平臺

以提升工程能力、強化工程實踐為目標，結(jié)合學科特點和卓越工程人才培養(yǎng)要求，堅持基于工程實際的實踐教學理念，依托學校的學科優(yōu)勢，利用虛擬仿真技術(shù)將科研成果轉(zhuǎn)化為實踐教學內(nèi)容，能實不虛、虛實結(jié)合，建成“實物、半實物、仿真”三層次的校內(nèi)自主實踐和創(chuàng)新平臺，支撐全校大化工類專業(yè)開展認識實習、生產(chǎn)實習和仿真實訓。目前已建成3個國家級虛擬仿真實驗教學中心、2個北京市示范性校內(nèi)實踐基地、2個校級實訓基地?；诳蒲谐晒D(zhuǎn)化，校內(nèi)建成的生物與制藥類實物生產(chǎn)線，可進行3.6噸規(guī)模啤酒發(fā)酵生產(chǎn)，為學生提供真實的生物加工過程實訓。該生產(chǎn)線將實踐訓練與生活中習以為常的真實物品關(guān)聯(lián)，極大地提升了學生參與實踐的興趣與熱情，幫助學生理解并掌握啤酒發(fā)酵過程中的糖化、過濾、煮沸、旋沉、發(fā)酵及換熱等工段及啤酒風味、泡沫性能、色澤等理化指標的控制，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維與主觀能動性，已自主發(fā)酵出多種口味的啤酒。

3.“三融合”校內(nèi)外實踐創(chuàng)新平臺

“新工科”強調(diào)以“需求”為牽引，構(gòu)建政、產(chǎn)、學、研、創(chuàng)的深度融合模式，是新時代推進人力資源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一項重要要求。學校高度重視資源共享與優(yōu)勢互補，通過整合各方資源，加強校內(nèi)外、課內(nèi)外、教學與科研的深度融合，深化協(xié)同育人，以創(chuàng)新能力和團隊意識培養(yǎng)為目標，構(gòu)建“三融合”校內(nèi)外實踐平臺。

（1）科教融合實踐平臺。深度推進科教融合，依托學校科研平臺，基于科研項目、中試生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，接收本科生開展實踐教學活動。學校2個國家重點實驗室、1個國家工程實驗室、1個國家工程中心、1個學科創(chuàng)新儀器測試平臺、10個省部級重點實驗室、7個外設(shè)區(qū)域研究院面向本科生全面開放。學生可以深度參與指導教師的項目研究、中試實驗、工程設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化過程，通過科研項目訓練提高學生工程實踐能力。學校倡導科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，鼓勵知名教授開設(shè)多門研討性課程，學校鼓勵科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學裝置，多門專業(yè)類實驗課程均使用我校自主研發(fā)的設(shè)備。

（2）校企融合實踐平臺。堅持學校和企業(yè)共贏互惠的原則，充分調(diào)動企業(yè)的積極性，共同制訂實踐教學計劃，組織實踐教學實施，將實踐教學推進到企業(yè)、工廠一線，構(gòu)建真實的實踐教學環(huán)境，實現(xiàn)專業(yè)到產(chǎn)業(yè)的無縫對接。目前學校已與80余家相關(guān)企業(yè)簽訂實習協(xié)議，共建實踐基地。其中建成11個國家級實踐教學基地，4個北京市級校外實踐教學基地，16個卓越工程師聯(lián)合培養(yǎng)基地。

（3）第一、二課堂融合實踐平臺。第一、二課堂深度融合，搭建創(chuàng)新訓練和學科競賽平臺，形成大學生科技創(chuàng)新品牌。學校自2006年開始實施“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”，2007年成為首批進入“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”的高校之一。經(jīng)過十幾年的建設(shè)，逐步建成了“國家級、北京市級、校級”三級大學生學科競賽體系。學校每年有5500余人在導師指導下參與各級學科競賽等活動，超過500名學生獲獎。學校建設(shè)的學科交叉工程創(chuàng)新實踐中心，以“創(chuàng)新+交叉”為主線，可支撐學生創(chuàng)新實踐、工程實訓、學科競賽、創(chuàng)業(yè)教育與孵化等教育教學活動，既有低年級本科生適用的創(chuàng)新實驗室和創(chuàng)客空間，也有高年級本科生適用的競賽訓練平臺和工程實訓車間，旨在為學生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)和工程實踐能力提升提供“一條龍”服務。

四、組建工程化、國際化的實踐教學教師隊伍

學校堅信“教師是教育質(zhì)量提升的‘源頭活水”[4]。為了提升學校的實踐教學質(zhì)量，組建了以校內(nèi)教師為核心，教輔團隊、企業(yè)導師、企業(yè)兼職教授、創(chuàng)新實踐企業(yè)講師團、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師、國外知名學者等多元聯(lián)動互補的實踐教學師資隊伍，各類教師團隊通過共同制訂實踐課程體系及內(nèi)容、設(shè)計實習實踐方案、聯(lián)合授課以及互通交流等方式，為學生工程實踐能力的提升提供了強有力的后盾。同時，利用各類教師團隊的優(yōu)勢資源，共建教師工程能力提升實踐基地、共建校內(nèi)外學生實踐平臺、共建科研合作交流平臺等，強化教師隊伍的實踐教學能力，拓寬科研視野，助力教師全面發(fā)展。

經(jīng)過多年的實踐，學校建立的基于工程實際的化工類全周期實踐教學體系取得了很好的實施效果。實踐證明，只有把真實的工程體驗與實踐教學相結(jié)合，師生的工程實踐能力才能發(fā)生化學反應，產(chǎn)生質(zhì)的改變，培養(yǎng)出行業(yè)企業(yè)迫切需要的人才。在新時期新形勢下，以社會需求為導向，在德智體美勞“五育”并舉的新征程中，化工類院校的實踐教學改革應順應潮流，結(jié)合學校人才培養(yǎng)定位與目標，聚焦“做不上，做不了，做不到”的實踐難題，充分發(fā)揮“智能+教育”在實踐教學中的作用，進一步豐富實踐教學的資源與應用模式，將創(chuàng)新、工程、交叉、融合等因素貫穿其中，基于工程實際，構(gòu)建虛實結(jié)合的全周期實踐教學體系，提升學生的工程實踐能力和解決復雜工程問題能力，從而提升實踐教學質(zhì)量，徹底解決人才培養(yǎng)供給側(cè)與需求側(cè)“兩張皮”問題。

參考文獻：

[1] 辛曉，陳立波，欒學鋼，等. 我國石油和化工行業(yè)人才需求調(diào)研分析與思考[J]. 化工高等教育，2019（3）：1-5.

[2] 劉驥翔，張婷，魏杰，等. 化工產(chǎn)品全生命周期虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)與實踐[J]. 實驗室研究與探索，2018（4）：158-161.

[3] 喬寧，劉驥翔，石淑先，等. 基于智能仿真工廠的材料類專業(yè)生產(chǎn)實習模式探索[J]. 實驗室研究與探索，2018（2）：242-245.

[4] 李肖婧. 工程體驗教育模式研究[D]. 杭州：浙江大學，2019.

[基金項目：教育部人文社會科學專項任務項目（工程科技人才培養(yǎng)研究）（項目編號：16JDGC001），教育部人文社會科學專項任務項目（工程科技人才培養(yǎng)研究）重點項目（項目編號：17JDGC001）]

[責任編輯：余大品]